楊耀明

(湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南湘潭411101)

摘要: 針對湘鋼1 號、4 號高爐在大修投產(chǎn)2 年后均出現(xiàn)的爐缸側(cè)壁溫度偏高現(xiàn)象，采取上部強化中心氣流，下部縮小風(fēng)口面積、提高風(fēng)速和鼓風(fēng)動能，減輕鐵水環(huán)流對爐缸碳磚的沖刷，提高爐缸冷卻強度和釩鈦護爐等措施，將爐缸側(cè)壁溫度控制在正常范圍內(nèi)，在確保爐缸安全生產(chǎn)的前提下，獲得了較好的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞: 綜合護爐技術(shù); 爐缸側(cè)壁溫度; 含鈦爐料; 冶煉強度

0 前言

湘鋼共有4 座高爐，其中1 號、2 號高爐容積2 500 m³，3號、4 號高爐容積1 800 m³。1 號高爐于2015 年6 月5 日大修后點火開爐， 2017 年5 月開始護爐; 4 號高爐于2013 年2 月1 日大修后點火開爐，2014 年12 月開始護爐。1 號和4 號這兩座高爐都是投產(chǎn)不到2 年爐缸側(cè)壁溫度就開始大幅上升，給鐵廠的生產(chǎn)組織帶來了較大困難。如何在護爐的情況下維持較高的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)已成為目前湘鋼煉鐵工作者面臨的重大課題。

近年來湘鋼1 號、4 號高爐的主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)見表1。

1 爐缸結(jié)構(gòu)及侵蝕現(xiàn)狀

1． 1 爐底爐缸結(jié)構(gòu)

1 號高爐爐底、爐缸砌筑圖見圖1。

1 號高爐爐底、爐缸為碳磚加陶瓷杯復(fù)合結(jié)構(gòu)，爐底冷卻方式為水冷，爐底碳磚共4 層，其中石墨磚2 層、微孔碳磚2 層; 側(cè)壁碳磚共11 層，下面8 層為超微孔碳磚，上部3 層為微孔碳磚。陶瓷杯結(jié)構(gòu): 下部中間為剛玉莫來石，杯壁及下部邊緣為微孔剛玉。

4 號高爐爐底爐缸砌筑圖見圖2。

4 號高爐爐底爐缸為碳磚加陶瓷墊復(fù)合結(jié)構(gòu)，爐底冷卻方式為水冷，爐底碳磚共4 層，底部3 層為國產(chǎn)半石墨質(zhì)高爐碳磚，第四層為微孔高爐碳磚，側(cè)壁碳磚為美國UCAＲ 小碳磚。陶瓷杯結(jié)構(gòu): 下部為2 層國產(chǎn)陶瓷墊磚，圓周為高鋁磚，整個杯壁為粘土磚。

1． 2 爐缸侵蝕現(xiàn)狀

1 號高爐于2015 年6 月投產(chǎn)后實現(xiàn)了快速達(dá)產(chǎn)達(dá)效，產(chǎn)量在6 300 t /d 左右。2015 年11 月—2016年3 月爐況出現(xiàn)波動，產(chǎn)量維持在5 000 t /d 左右，在此期間爐缸側(cè)壁溫度一直穩(wěn)定。2016 年7 月后產(chǎn)量逐步提升至6 500 t /d，側(cè)壁溫度上升至300 ℃。

2017 年4—6 月產(chǎn)量維持在7 000 t /d 左右，在此期間，1號高爐爐缸側(cè)壁( 3 號風(fēng)口方向，標(biāo)高7. 198 ～8. 05 m處) 縱向三層溫度急劇上升，由400 ℃上升至740 ℃，接近爐缸碳磚溫度警戒值。

4 號高爐在投產(chǎn)后爐況一直順行穩(wěn)定，日均產(chǎn)量在4 600 t /d 左右， 2014 年12 月鐵口附近24 號風(fēng)口下方( 標(biāo)高8. 397 m 處) 冷卻壁溫度超過700 ℃，隨后爐缸其他部位( 主要集中在鐵口附近) 有多個熱電偶溫度超過報警值。

1 號高爐共30 個風(fēng)口，3個鐵口。1 號鐵口和3號鐵口成180°分布，2號鐵口處于1 號和3 號鐵口之間，為備用鐵口。4 號高爐共26 個風(fēng)口，南北2 個鐵口成180°分布。表2 為1 號、4 號高爐爐缸側(cè)壁的高溫度分布點。從表2 可以看出，1號高爐爐缸的高溫點主要集中在1 號鐵口兩側(cè)，靠近2 號鐵口處溫度較高; 4 號高爐爐缸的高溫點主要在兩個鐵口附近。從國內(nèi)燒穿的高爐爐缸溫度統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，爐缸工作的危險點一般在鐵口下方2 ～3 個風(fēng)口處。

2 綜合護爐措施

2． 1 維持合理鐵口深度

湘鋼1 號高爐( 爐容2 500 m³ ) 鐵口深度長期維持在3. 0 ～ 3. 1 m。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2500 m³ 級高爐的鐵口深度一般維持在3. 3 ～ 3. 4 m。從2017 年7月1 號高爐爐缸側(cè)壁溫度異常升高后，逐步將鐵口深度提升至3. 3 ～ 3. 4 m。

4 號高爐投產(chǎn)后鐵口深度一直維持在3. 0 m 左右，從2014 年12 月開始，鐵口深度持續(xù)下滑，最低時為2. 4 m。同時4 號高爐爐缸側(cè)壁溫度也持續(xù)走高， 2. 8 m 以下鐵口深度維持了16 個月，給爐缸碳磚帶來了不可逆的損傷。后期雖然通過鐵口攻關(guān)提高了鐵口深度，但很難維持在3. 0 m 的水平。由于鐵口區(qū)域的碳磚容易受到損傷，此處也是爐缸容易燒穿的部位，因此在正常生產(chǎn)和護爐期間，一定要維持合理的鐵口深度。

近年來1 號、4 號高爐的鐵口深度情況見圖3、圖4。

2． 2 調(diào)整、優(yōu)化上下部

爐缸側(cè)壁溫度升高時，上部裝料制度調(diào)整要以發(fā)展中心、抑制邊緣為主要方向，通過上部調(diào)整進而影響軟熔帶形狀，使之成為倒V 形，將爐缸初始煤氣往中心引導(dǎo)，減輕爐缸鐵水環(huán)流對爐缸碳磚的沖刷。

下部調(diào)整主要分三步: 第一步，爐缸側(cè)壁溫度達(dá)報警值時，通過縮小高溫點區(qū)域風(fēng)口面積來控制該區(qū)域爐缸活度; 第二步，當(dāng)爐缸側(cè)壁溫度持續(xù)上升達(dá)警戒值時，通過加長高溫點風(fēng)口長度和改斜風(fēng)口為直風(fēng)口的方式來減輕該區(qū)域的鐵水環(huán)流沖刷; 第三步，如果爐缸側(cè)壁溫度超過警戒值，可以堵該區(qū)域風(fēng)口。對破損的爐缸進行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)長期堵風(fēng)口區(qū)域可以形成厚度達(dá)500 ～ 800 mm 的鈦的碳氮化合物，對爐缸碳磚起到了較好的保護作用。

優(yōu)化前后的1 號高爐風(fēng)口布局見表3。

從表3 可以看出，1號高爐主要針對3 個鐵口上方的風(fēng)口進行了調(diào)整，將1 號鐵口上方的風(fēng)口進行了加長、改直風(fēng)口、縮小風(fēng)口直徑; 將2 號鐵口上方的風(fēng)口改為直風(fēng)口; 將3 號鐵口上方的風(fēng)口加長。

4 號高爐由于爐缸側(cè)壁多處溫度偏高，因此將所有風(fēng)口都改為直風(fēng)口，高溫處對應(yīng)的風(fēng)口直徑由120 mm 改為110 mm。調(diào)整后的4 號高爐風(fēng)口布局見表4。

2． 3 減少有害元素入爐

湘鋼高爐入爐鋅負(fù)荷一直偏高，遠(yuǎn)高于冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)( 150 g /t) ，鋅在爐內(nèi)大量富集，加速了碳磚侵蝕。2012 年4 號高爐開始護爐，2017 年1 號高爐開始護爐，通過減少入爐高鋅料來降低高爐入爐鋅負(fù)荷，使鋅負(fù)荷逐年降低。近年來1 號、4 號高爐的鋅負(fù)荷情況見表5。

2． 4 優(yōu)化送風(fēng)制度

通過提高風(fēng)速、鼓風(fēng)動能，將回旋區(qū)邊界向爐缸中心推進，增加中心氣流分布量，進而降低鐵水環(huán)流對側(cè)壁碳磚的侵蝕。1 號高爐在2017 年3月將進風(fēng)面積由0. 345 2 m² 縮小至0. 339 3 m² ，風(fēng)量由4 800 m³ /min 增大至5 150 m³ /min，風(fēng)速由230 m/s 提高到250 m/s，鼓風(fēng)動能由110 000 J /s 提高到140 000 J /s。4 號高爐因爐缸側(cè)壁溫度持續(xù)偏高，從2015 年8 月到2016 年3 月連續(xù)進行了8 個月的堵風(fēng)口操作，全風(fēng)口操作時風(fēng)口面積由0. 285 m2縮小至0. 274 m2，風(fēng)速從220 m/s 提升至250 m/s。

提高風(fēng)速、鼓風(fēng)動能，再配合釩鈦護爐，降低了爐缸側(cè)壁區(qū)域的活躍度，為鈦的碳氮化合物在爐缸側(cè)壁沉積創(chuàng)造了條件。

近年來1 號、4 號高爐風(fēng)口面積和風(fēng)速情況見圖7、圖8。

2． 5 調(diào)整冷卻制度

在高爐設(shè)計時，利用系數(shù)和冷卻強度的設(shè)計參數(shù)是相對應(yīng)的，當(dāng)高爐利用系數(shù)大于設(shè)計參數(shù)時，就應(yīng)該相應(yīng)地提升冷卻強度; 反之，當(dāng)高爐利用系數(shù)小于設(shè)計參數(shù)時，相應(yīng)地也要降低冷卻強度，進而維持爐缸凝鐵層的穩(wěn)定和爐墻渣皮的穩(wěn)定。當(dāng)爐缸溫度上升時，要通過提高爐缸冷卻水量和降低爐缸冷卻水溫來提高爐缸冷卻強度。1 號高爐因護爐需要和利用系數(shù)大于設(shè)計值，爐缸冷卻水量由570 m³ /h 提高至660 m³ /h，同時進水溫度由45 ℃降至36 ℃( 4號高爐因為爐缸和上部冷卻壁串聯(lián)在一起，沒有專門針對爐缸水量進行調(diào)整) 。爐缸冷卻強度的提高有利于碳磚表面凝結(jié)層的穩(wěn)定，加強碳磚保護。

2． 6 采用釩鈦礦護爐

1 號、4 號高爐都是通過加鈦球的方式進行釩鈦護爐的。釩鈦礦中的TiO₂在高爐的高溫還原氣氛和碳、氮存在下，被還原生成高熔點的TiC，TiN 和［Ti］，在渣鐵沉降過程中聚集。鈦的碳、氮化合物熔點很高，在接近爐殼、爐缸及爐底的低溫區(qū)域，以TiC，TiN 固溶體結(jié)晶析出、聚集。爐缸高溫區(qū)通過斜風(fēng)口改直風(fēng)口、縮小進風(fēng)面積、堵風(fēng)口等方式降低了該區(qū)域的活躍性，有利于鈦的C，N 化合物聚集和長大，進而減輕鐵水環(huán)流對爐缸碳磚的沖刷。同時鐵中鈦含量如果過高會增加渣鐵的黏度，不利于爐況順行。配加含鈦爐料護爐是一個長期的過程，含鈦量應(yīng)根據(jù)爐缸溫度的變化進行調(diào)整。當(dāng)爐缸溫度未超過報警值時，鐵水中鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在0. 12%左右; 當(dāng)爐缸溫度達(dá)到警戒值時，鐵中鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在0. 15% ～ 0. 20%; 當(dāng)爐缸溫度超過警戒值時，鐵中鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在0. 20% ～0. 25%，一般不大于0. 25%。

2． 7 控制冶煉強度

降低冶煉強度是護爐的一個重要手段，也是最有效的措施，當(dāng)其他所有措施都用完了的時候就會通過降低冶強來控制爐缸溫度。目前湘鋼1 號高爐產(chǎn)量維持在7 000 t /d 左右，利用系數(shù)為2. 7 t /( m³·d) ，遠(yuǎn)大于設(shè)計系數(shù)2. 4 t /( m³·d) ; 4 號高爐產(chǎn)量維持在4 700 t /d 左右，利用系數(shù)為2. 6 t /( m³·d) ，大于設(shè)計利用系數(shù)2. 4 t /( m³·d) 。

3 護爐效果

通過綜合護爐，湘鋼1 號、4 號高爐爐缸溫度得到了有效控制，在護爐期間實現(xiàn)了穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，護爐取得了顯著效果，安全生產(chǎn)也得到了有效保證。

4 結(jié)語

1) 護爐要有計劃，應(yīng)根據(jù)爐缸溫度的變化合理使用護爐手段，避免對爐況造成影響。

2) 鐵口深度對爐缸壽命影響較大，從一代爐齡開始就要維持較深的鐵口深度。

3) 影響爐缸側(cè)壁溫度升高的原因很多，不能采用單一的護爐措施，下部調(diào)劑對護爐成果的穩(wěn)定起關(guān)鍵作用。

4) 高爐冷卻強度要和設(shè)計的利用系數(shù)相對應(yīng)，生產(chǎn)異常時要做到及時調(diào)整，確保爐缸處于最優(yōu)的工作狀況。

5) 降低冶煉強度是護爐的一個重要手段，但不要輕易使用，高爐的低效率冶煉將使護爐效果大打折扣。通過綜合護爐措施，可以確保在高冶強的情況下穩(wěn)定爐缸溫度，使高爐效益最大化。

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